一种摊铺机及其行驶控制方法、系统和控制器与流程

1.本发明涉及一种摊铺机及其行驶控制方法、系统和控制器，属于摊铺机技术领域。


背景技术：

2.摊铺机主要用于道路的稳定土和沥青混凝土摊铺施工。通过调节左行驶驱动装置速度及右行驶驱动装置速度实现设备的前进或后退以及行驶速度；调节左行驶驱动装置速度及右行驶驱动装置速度差实现设备转向。
3.摊铺机动力单元一般采用柴油发动机，然后柴油发动机驱动分动箱，分动箱分别驱动左右行驶柱塞泵、左右输料柱塞泵、左右分类柱塞泵、油缸泵等液压系统。为了兼顾各个机构的工作速度要求，设备工作时柴油机一直工作在定转速、高转速，也就是柴油机转速不能根据行驶速度进行调节，造成以下问题需要解决：
4.1.低速摊铺工作时，行驶泵工作在小排量区间，行驶泵容积效率低，液压系统效率低，造成能量浪费；
5.2.低速摊铺工作时，行驶泵工作在小排量区间，行驶泵流量不稳定，造成设备低速稳定性差；
6.3.设备施工过程中，柴油机工作在定转速、高转速，设备不节能。
7.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种摊铺机及其行驶控制方法、系统和控制器，以解决现有技术中摊铺机在运行中存在稳定性差、工作效率低和不节能的技术问题。
9.为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：
10.一种摊铺机行驶控制方法，包括：
11.根据设定的摊铺机直线行驶速度υ，确定行驶马达设定排量vm、行驶泵预设排量v
p
；
12.根据设定的摊铺机直线行驶速度υ、行驶马达设定排量vm、行驶泵预设排量v
p
，确定交流电机设定转速n；
13.控制交流电机以交流电机设定转速n运转；
14.控制行驶马达以行驶马达设定排量vm运转，并根据设定的摊铺机直线行驶速度υ与获取的实际速度，通过速度闭环控制，调节行驶泵排量，至达到设定的直线行驶速度。
15.作为本发明的一种优选技术方案，对所述行驶马达设定排量的计算公式为：
[0016]vm
＝f1(υ)＝k
vm
×vm_max
[0017]
其中，vm为行驶马达排量，f1(υ)为与设定速度参数相关的求取马达设定排量的函数式，k
vm
为行驶马达排量系数，v
m_max
为行驶马达最大排量常数。
[0018]
和/或，对所述行驶泵预设排量的计算公式为：
[0019][0020]
其中，v
p
为行驶泵预设排量，f2(υ)为与设定速度参数相关的求取泵预设排量的函数式，为行驶泵排量系数，v
p_max
为行驶泵最大排量常数。
[0021]
和/或，对所述电机的设定转速的计算公式为：
[0022][0023]
其中，n为电机设定转速，q为液压系统流量，v
p
为行驶泵预设排量，为行驶泵排量系数，i为纠正系统传递偏差的比例系数，nm为行驶马达速度，为行驶泵排量系数，v
p_max
为行驶泵最大排量常数，k
vm
为行驶马达排量系数，v
m_max
为行驶马达最大排量常数；
[0024]
nm＝k
υ
×
υ
[0025]
其中，nm为行驶马达速度，k
υ
为摊铺机直线速度与旋转运动之间换算常数，υ为摊铺机直线行驶设定速度。
[0026]
作为本发明的一种优选技术方案，确定用于计算电机的设定转速的行驶泵预设排量的约束条件还包括行驶泵在工作时所在的容积效率的高效区以及摊铺机行驶速度闭环控制、摊铺机行驶差速转向时行驶泵排量的动态调节余量。
[0027]
作为本发明的一种优选技术方案，对所述摊铺机左行驶和摊铺机右行驶的闭环控制为通过对电机转速、行驶泵排量和行驶马达排量进行动态协调控制；
[0028]
所述协调控制的优先级顺序依次为调节行驶马达排量、调节行驶泵排量和调节电机转速。
[0029]
作为本发明的一种优选技术方案，所述摊铺机的启动方法包括：
[0030]
将两个所述行驶马达排量均调节至最大排量，同时调整两个行驶泵排量至零排量；
[0031]
采集并对比电机实际转速与电机设定转速之间的偏差，通过闭环控制调节电机转速至电机达到设定转速，并稳定运行，完成摊铺机启动。
[0032]
作为本发明的一种优选技术方案，所述摊铺机的停止方法包括逐步调整电机转速至停止，并在调整电机转速的同时，同比例调整两个行驶泵排量使摊铺机速度同比例减小；
[0033]
作为本发明的一种优选技术方案，所述摊铺机的停止方法还包括保持电机转速不变，逐步同比例调节两个行驶泵排量，至摊铺机停止运动。
[0034]
一种摊铺机行驶控制器，所述控制器用于执行如上述实施例中任一项所述的摊铺机行驶控制方法。
[0035]
一种摊铺机行驶控制系统，包括如上述实施例所述的控制器和由电机驱动的分动箱，所述分动箱传动连接有两个行驶泵，两个所述行驶泵均各自连接有行驶马达，两个所述行驶马达分别驱动摊铺机左行驶和摊铺机右行驶，所述控制器用于通过对电机、行驶泵和行驶马达的控制来实现对摊铺机运动的控制。
[0036]
一种摊铺机，包括如上述实施例所述的摊铺机行驶控制系统。
[0037]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
[0038]
本发明在进行使用时，可根据摊铺机的实际行驶情况对电机转速、行驶泵排量和
行驶马达排量进行动态调节，可保证摊铺机始终处于最佳的工作状态，在提高摊铺机行驶系统的稳定性的同时，还可有效的降低其在工作时的能耗。
附图说明
[0039]
图1是本发明的系统结构示意图；
[0040]
图2是本发明中摊铺机的控制流程图；
[0041]
图3是本发明中行驶马达排量系数k
vm
与直线设定速度υ关系图；
[0042]
图4是本发明中行驶泵预设排量系数与直线设定速度υ关系1；
[0043]
图5是本发明中行驶泵预设排量系数与直线设定速度υ关系2。
具体实施方式
[0044]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0045]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0046]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0047]
如图1至图5所示，一种摊铺机行驶控制方法，包括，
[0048]
设定摊铺机直线行驶速度，计算获取电机的设定转速；
[0049]
将电机转速调节至设定转速；
[0050]
检测电机实际转速并根据电机设定转速与电机实际转速之间的偏差对电机进行闭环控制，至电机转速稳定；
[0051]
根据摊铺机直线行驶速度，计算获取行驶泵预设排量和行驶马达设定排量；
[0052]
调节行驶泵和行驶马达排量驱动摊铺机运动；
[0053]
采集并对比摊铺机左行驶速度和右行驶速度与摊铺机设定速度之间的差值，通过闭环控制调节行驶泵排量、行驶马达排量和电机转速，至摊铺机达到预设的直线行驶速度。
[0054]
摊铺机的启动方法包括：
[0055]
将两个行驶马达排量均调节至最大排量，同时调整两个行驶泵排量至零排量；
[0056]
采集并对比电机实际转速与电机设定转速之间的偏差，通过闭环控制调节电机转
速至电机达到设定转速，并稳定运行，完成摊铺机启动。
[0057]
摊铺机在行驶时，将左右行驶马达排量调节至行驶马达排量系数确定的行驶马达排量，同时根据左右行驶速度设定值及实际速度反馈值，通过速度闭环控制，分别调节左右泵排量，实现左右行驶速度的恒定，在对摊铺机直线行驶设定速度有调整时，重复上述实现左右行驶速度的恒定的过程，即可实现对摊铺机行驶速度的控制。
[0058]
摊铺机的停止方法包括逐步调整电机转速至停止，并在调整电机转速的同时，同比例调整两个行驶泵排量使摊铺机速度同比例减小；或，保持电机转速不变，逐步同比例调节两个行驶泵排量，至摊铺机停止运动。
[0059]
摊铺机在运行时提供动力的电机需设定其预定转速，即确保摊铺机在运行时电机转速处于一个合理高效的范围内，以避免其出现动力不足或动能浪费的问题，具体为通过计算获取行驶泵预设排量和行驶马达设定排量，来确定电机设定转速；行驶泵预设排量和行驶马达设定排量通过摊铺机直线行驶设定速度进行计算获取。
[0060]
摊铺机具体行驶控制方法过程如下：
[0061]
确定参数：
[0062]
第一步，确定行驶马达转速
[0063]
对行驶马达速度计算公式为
[0064]
nm＝k
υ
×
υ
[0065]
其中，nm为行驶马达速度，k
υ
为摊铺机直线速度与旋转运动之间换算常数，υ为摊铺机直线行驶设定速度。
[0066]
第二步，确定行驶马达排量
[0067]
对行驶马达设定排量的计算公式为：
[0068]vm
＝f1(υ)＝k
vm
×vm_max
[0069]
其中，vm为行驶马达排量，f1(υ)为与设定速度参数相关的求取马达设定排量的函数式，k
vm
为行驶马达排量系数，v
m_max
为行驶马达最大排量常数，k
vm
与υ之间的函数关系曲线如图3(仅为了示意说明)。
[0070]
针对k
vm
与υ的无法确定的函数关系，可以通过查表1进行确定，位于表格中两个速度之间的k
vm
采用线性插值法计算。
[0071][0072]
表1
[0073]
第三步，确定行驶泵预设排量
[0074]
对行驶泵预设排量的计算公式为：
[0075][0076]
其中，v
p
为行驶泵预设排量，f2(υ)为与设定速度参数相关的求取泵预设排量的函数式，为行驶泵排量系数，v
p_max
为行驶泵最大排量常数。
[0077]
为了行驶差速转向及提高液压系统容积效率的需要，行驶泵排量与行驶速度乘以小于1.0的行驶泵排量系数，其中行驶泵排量系数与摊铺机直线行驶设定速度之间函数关系如下图4、图5(仅为了示意说明)。
[0078]
针对行驶泵排量系数与摊铺机直线行驶设定速度的无法确定的函数关系，可以通过查表2进行确定，位于表格中两个速度之间的行驶泵排量系数采用线性差值法计算。
[0079][0080]
表2
[0081]
第四步，确定交流电机设定转速
[0082]
对电机设定速度的计算公式为：
[0083][0084]
其中，n为电机设定转速，q为液压系统流量，v
p
为行驶泵预设排量，为行驶泵排量系数，i为纠正系统传递偏差的比例系数，nm为行驶马达速度，为行驶泵排量系数，v
p_max
为行驶泵最大排量常数，k
vm
为行驶马达排量系数，v
m_max
为行驶马达最大排量常数。
[0085]
确定用于计算电机的设定转速的行驶泵预设排量的约束条件还包括行驶泵在工作时所在的容积效率的高效区以及摊铺机行驶速度闭环控制、摊铺机行驶差速转向时行驶泵排量的动态调节余量。
[0086]
这里的动态调节余量指的是满足左、右差速转向，左、右两个泵排量调节时，与泵的最大排量常数之间的调节空间，以确保其具有调节空间实现摊铺机的左右差速转向。
[0087]
行驶泵的容积效率是在元件选型时，根据行驶泵的具体型号进行确定，不同型号的行驶泵有同步的容积高效区，其通过比例系数修正来到达到其固有的高效区。
[0088]
对摊铺机左行驶和摊铺机右行驶的闭环控制为通过对电机转速、行驶泵排量和行驶马达排量进行动态协调控制；协调控制的优先级顺序依次为调节行驶马达排量、调节行驶泵排量和调节电机转速。
[0089]
对摊铺机左行驶速度和右行驶速度的闭环控制实质上是判断设定速度与实际速度的偏差，根据偏差值对电机转速、行驶泵排量和行驶马达排量进行协同调节，以实现对摊铺机左行驶速度和右行驶速度进行不断的调整，保证摊铺机始终以预设速度进行行驶。
[0090]
这里对摊铺机行驶过程中左行驶和右行驶速度的调节，其是根据实际的情况针对电机转速、行驶泵排量和行驶马达排量进行协同调节，协同调节时以系统稳定为前提，协同调节的优先级顺序也可为优先调整泵排量，再调整马达排量，最后再调整电机转速，在特殊情况下，可选择多个变量的同步调节。
[0091]
一种用于执行如上述实施例中任一项摊铺机行驶控制方法的摊铺机行驶控制器，控制器包括，
[0092]
转速测量单元，用于获取电机转速、摊铺机左行驶速度和摊铺机右行驶速度；
[0093]
排量控制单元，用于控制所述行驶泵排量和行驶马达排量；
[0094]
处理单元，用于根据摊铺机直线行驶设定速度确定电机设定转速，并通过排量控制单元控制摊铺机左行驶速度和摊铺机右行驶速度；
[0095]
处理单元通过对比转速测量单元所获取的数据对摊铺机左行驶速度、摊铺机右行驶速度以及电机转速进行闭环控制。
[0096]
即由该控制器通过动态调节电机转速、左右行驶泵排量、两个行驶马达排量组成的多变量系统，实现两个行驶驱动装置速度闭环控制的同时保证左右行驶泵工作在容积效率的高效区为达到以上多变量的协调控制。
[0097]
一种摊铺机行驶控制系统，包括如上述实施例控制器和由电机驱动的分动箱，分动箱传动连接有两个行驶泵，两个行驶泵均各自连接有行驶马达，两个行驶马达分别驱动摊铺机左行驶和摊铺机右行驶，控制器用于通过对电机、行驶泵和行驶马达的控制来实现对摊铺机运动的控制。
[0098]
两个行驶泵分别为左行驶泵和右行驶泵，两个行驶泵均各自连接的行驶马达分别为左行驶马达和右行驶马达。左行驶马达和右行驶马达通过驱动左行驶驱动装置和右行驶驱动装置来实现摊铺机左行驶和摊铺机右行驶。
[0099]
一种摊铺机，包括如上述实施例所述的摊铺机行驶控制系统。
[0100]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。